特長公路隧道建設中單頭快速掘進施工技術

何平

（四川公路橋梁建設集團有限公司，成都 610093）

1 工程概況

某特長公路隧道，左洞長11 489 m，右洞長11 456 m。隧址區現場地質條件錯綜復雜，含塊狀角礫巖、白云巖，局部夾泥灰巖、頁巖等，節理裂隙較發育，巖體的完整性不足，偏破碎。地勘結果顯示，隧道埋深超769 m 時存在較大的巖爆概率，如何在安全的前提下實現隧道的高效掘進作業成為本工程的重難點內容。經技術可行性論證后，工程采用新型單頭快速掘進設備，以便高效施工。

2 單頭快速掘進施工技術的原理及應用優勢

單頭快速掘進施工以三臂鑿巖臺車為核心裝置，負責測量、鉆眼、裝藥工作，可以減小施工期間對現場圍巖的擾動性；隨后啟用車載式濕噴機械手，以自動化的方式完成相關工作。利用自行式液壓仰拱棧橋可建立穩定可靠的小型作業工作面，施工人員于該處開展仰拱澆筑作業。

防水板臺車的基本功能是用于防水板的施工，除此之外還可以提供鋼筋網施工平臺，以便在該處高效開展鋼筋網的相關工作，提高防水板的掛設效率，同時減輕員工的勞動強度。施工中，二襯臺車及時跟進，可有效保證施工質量。鑒于隧道施工安全隱患多，工程配備了監控管理系統，以便展開對有害氣體的監測工作，通過24 h 不間斷監測的方式掌握隧道內的空氣質量，若存在異常，則及時采取加強通風等相關措施，從而提高施工的安全性。

特長公路隧道施工過程中，使用單頭快速掘進施工技術具有非常好的施工效果，具有4 個優勢：（1）可減小施工隊伍規模。隧道掌子面施工人數大大減少，降低了員工的勞動強度。（2）有效優化洞內的作業環境，粉塵污染、噪聲污染問題得到有效解決，有效提升了施工作業過程中的安全性，工人患職業病的概率大幅度減小，施工過程更具人性化。（3）施工質量好。混凝土密實度大幅度提升，為最終的施工質量提供了充足的保障。（4）施工全過程安全可監控。單頭快速掘進設備配備了完善的監控系統，能夠24 h 對隧道內情況進行監控，發現問題第一時間尋找解決方案，最大限度地保障施工人員的安全。

3 單頭快速掘進施工技術的應用要點

3.1 超前地質預報

綜合應用隧道地震預測（Tunnel Seismic Prediction，TSP）、超前探測鉆孔、地質雷達等多重技術，準確探明前方地質以及水文的實際條件。基于超前地質預報信息判斷是否有設置探孔的必要，若需設置，則嚴格控制探孔的位置以及具體的數量。除此之外，超前地質預報還可以揭示掌子面前方的地質條件，指導后續工作的開展。

3.2 超前支護

3.2.1 長管棚施工工藝

長管棚施工工藝如圖1 所示。

圖1 長管棚施工工藝

3.2.2 施作導向墻

導向墻施工工序：埋設工字鋼鋼架→導向鋼管安裝→支撐體系搭設和內外模安裝→澆筑混凝土→混凝土拆模、養護。導向墻結構如圖2 所示。

圖2 導向墻結構

1）導向墻的關鍵參數。導向墻施工范圍為開挖輪廓線以外拱部140°范圍，用C20 混凝土施工成型，斷面尺寸為1.0 m×1.0 m，導向墻設在穩定可靠的基巖上，向護筒內埋設2 榀I18輕型鋼架，于架體外緣以焊接的方法設置壁厚為5 mm 的φ140 mm 導向鋼管，鋼架各單元均用螺栓連接。翼緣處、接頭焊縫腹板處的焊縫高度分別按12 mm、9 mm 予以控制[1]。

2）在孔口管安裝完成后進行支撐體系搭設和內外模安裝，模板采用鋼模及木模組合，待質檢工程師自檢合格后報監理工程師驗收，驗收合格后進行混凝土澆筑。澆筑后按要求進行養護。

3.3 圍巖徑向注漿

正洞施工過程中，遇到初期支護結構大幅度變形、大范圍滲漏水時，采取徑向注漿處理措施。鉆孔時，孔徑按52 mm 予以控制，用風槍鉆開孔，而后用高壓風清孔。鉆孔時加強信息的采集與記錄，例如，孔號、進尺、圍巖裂隙發育情況、涌水情況，要求單孔出水量穩定在0.5 L/s 以內，若超過該值，隨即暫停鉆進，盡快安排注漿，采用此方法封堵涌水。涌水量較大、進漿速度較快時，使用濃漿且其凝膠時間需較短，反之則選擇凝膠時間較長的漿液。

3.4 開挖施工

3.4.1 測量放線

為保證鉆孔的準確性，提前測量放樣，具體測放出開挖輪廓線及周邊眼、掏槽眼和輔助眼的位置，在距開挖面50 m 的位置埋設中線樁，按照100 m 的間距依次設置臨時水準點。測量放樣過程中及時檢查上次爆破斷面的實際情況，動態調整爆破參數，保證其具有合理性，進而取得良好的爆破效果（無安全事故、爆破范圍精準）。

3.4.2 鉆孔作業

鉆工要先熟悉炮眼布置圖，嚴格依據測量放樣結果鉆孔，保證鉆孔位置、數量及間距的合理性。根據施工要求，安排鑿巖機就位，準確調整鉆桿的位置，確保鉆孔位置偏差不超過5 cm，而后由具有資質的司鉆工鉆進成孔。周邊眼鉆孔外插角度控制：應減小外插角的誤差，一般鉆孔孔深＜3 m 時外插角的斜率宜為0.05，鉆孔孔深＞3 m 時，外插角的斜率宜為0.03～0.05。

4 系統支護

4.1 混凝土噴射作業

基本作業流程為：開啟速凝劑輔助風→開啟主風閥→開啟速凝劑計量泵、主電機、振動器→加入混凝土→正式噴射。

4.2 錨桿施工

4.2.1 砂漿錨桿

風鉆鉆孔，達到指定深度后用高壓風吹孔，將砂漿灌注至孔內，直至達到孔深的2/3 為止；而后將錨桿打設到位，繼續用注漿泵補灌；再用適量的砂漿抹平孔口，將托板螺栓安裝到位并有效緊固。

4.2.2 中空錨桿

風鉆鉆孔，達到指定深度后用高壓風吹孔，置入錨桿，配套托板螺栓，拌制滿足質量要求的漿液，用注漿泵向桿體內灌注。

4.2.3 鋼筋網

沿拱墻巖面鋪設鋼筋網，將其固定在錨桿末端，安裝后鋼筋網應具有順直性，若被支護巖面有波動，對應的鋼筋網也需隨之起伏，即兩者在形態上應具有一致性，與被支護巖面的間隙控制在約3 cm。對于鋼筋網之間及其與錨桿的連接部位，均以點焊的方式處理，保證鋼筋網的穩定性。為使鋼筋網有足夠的完整性，搭接至少一個網格，必要時適當增加。

4.3 監控量測要求

監控量測的覆蓋對象較多，包含凈空、拱頂下沉及地表沉降等。監控量測點的布設及數據采集要注意兩點：（1）測點布置要有針對性。在洞外地表開裂、洞內圍巖惡化、初支開裂區域、富水等地段，應特別加密觀測點位。（2）觀測時段要有針對性。應對施工中極易產生變形的工序加密監測頻率，例如，在鋼架落底、隧底開挖等時段變形一般急劇增大，要重點監測。施工期間，監測人員在每次監測后應及時進行校對和整理，及時對量測數據進行統計分析，預測該斷面可能出現的變形速率和變形加速度，準確判斷圍巖和支護結構的穩定性，并根據規范防控變形等級標準指導施工。若量測數據有突變（例如，明顯超出許可范圍），則隨即暫停施工，經過全面調查后，根據實際情況采取針對性的應對措施。

4.4 注意事項

隧道安全步距必須得到有效控制，其指的是隧道仰拱至掌子面的距離，也可以指隧道二襯至掌子面的距離，具體根據不同的圍巖等級而定。對于Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ級圍巖，要求仰拱與掌子面的距離≤35 m；Ⅲ級圍巖抑拱與掌子面的距離≤90 m；類似地，根據圍巖等級的不同，二次襯砌與掌子面的合適距離也存在差異，即Ⅰ、Ⅱ級圍巖≤200 m；Ⅲ級圍巖≤120 m；Ⅳ級圍巖≤90 m；V 級圍巖≥20 m。待圍巖和初期支護變形基本穩定后，再組織二次襯砌施工。

嚴格控制二次襯砌的施作時間，通常宜在圍巖和初期支護變形基本完成時施工。遇到圍巖變形量明顯偏大的情況時，若需提前施作二次襯砌，還需對初支以及襯砌采取加強措施。

混凝土灌注施工期間加強振搗，有效減小混凝土內部的空隙，切實提高其密實性。對于混凝土的拆模，主要根據實際強度而定，禁止在未滿足強度要求時拆模，實際拆模過程中要加強防護，以免損傷混凝土。

養護是提高混凝土成型質量的重要方法，需編制混凝土養護作業指導書，以此為基準，開展相應的指導工作。混凝土養護過程中注重保濕，根據混凝土的成型情況以及現場氣溫適當調整灑水的頻率，通常養護時間需達到28 d 及以上。

5 施工效果分析

通過單頭快速掘進施工技術的應用，可以有效改善特長隧道的施工環境，提高施工質量；掌子面施工、防水板臺車掛設等環節的人員投入量較少，同時員工的工作強度降低；現場施工條件好轉，可以較好地緩解噪聲污染、粉塵污染等問題，符合文明施工的理念，為一線施工人員提供了安全和健康的雙重屏障；施工時應用的是高精度、高穩定性的車載式濕噴機械手，可以有效保證混凝土噴射的施工效果，而通過二襯臺車的應用，可以提高混凝土的密實度，由于在拱頂處預留了注漿孔，后續可以實現帶模注漿，從源頭上規避了拱頂空洞問題；各道工序緊密銜接，機械設備的性能優勢突出，可以實現集約化建設的目標，有助于提高項目的經濟效益。

6 結語

在特長隧道施工中，單頭快速掘進施工技術具有良好的應用優勢，可以有效改善洞內施工環境，在安全的環境下高效開展各項施工作業，由此降低事故的發生概率，是公路隧道尤其是特長公路隧道掘進中較為關鍵的方法。在后續的公路工程中，有關技術人員仍需持續探索，結合實際情況合理優化施工技術，進一步提高施工技術的應用水平，為公路隧道工程的高品質發展提供有力的技術支撐。